某某工厂-专业生产加工、定做各种金属工艺品

　　任务四 系统误差分析 2) 温度场与工艺系统热平衡 在各种热源主要下, 工艺系统各部分温度不同, 工艺系统各部分的温度分布称为温度场。 工艺系统开始工作时, 受到热源的作用温度会逐渐升高, 处于一种不稳定状态, 同时它们通过各种传热方式向周围的介质散发热量。 此时, 工艺系统各部分温度不仅是空间位置的函数, 也是时间的函数。 经过一段时间后, 当工件、 刀具和机床的温度达到某一数值时, 单位时间内散出的热量与热源传入的热量趋于相等,工艺系统就达到了热平衡状态。 在热平衡状态下, 工艺系统各部分的温度保持在一相对固定的数值上,不再随时间变化, 形成稳定的温度场, 此时工艺系统各部分的热变形也相应地趋于温度。 目前, 对于温度场和热变形的研究, 仍然着重于模型试验与实测。 传统的测温手段包括: 热电偶、热敏电阻、 半导体温度计等。 近年来, 红外测温、 激光全息照相、 光导纤维测温等先进测量手段已开始在机床热变形中得到应用。 例如利用红外热像仪可将机床的温度场拍摄成热像图, 用激光全息技术拍摄变形场, 用光导纤维引出发热信号而测出工艺系统内部的局部温升。 此外, 应用有限元法和有限差分法来研究工艺系统热变形也取得了很大的进展。 (2) 机床热变形对加工精度的影响 机床工作过程中, 在内外热源的影响下, 各部分的温度将逐渐升高, 各部分的热源分布不均匀和机床结构的复杂性, 形成不均匀的温度场, 使机床各部件之间的相互位置发生变化, 从而破坏机床原有的几何精度, 造成加工误差。 由于各类机床的结构和工作条件相差较大, 引起机床热变形的热源和变形形式也多种多样。 任务四 系统误差分析 对于车、 铣、 钻、 镗类机床, 主轴箱中的齿轮、 轴承摩擦发热和润滑油发热时其主要热源, 使主轴箱及与之相连部分 (如床身或立柱) 的温度升高而产生较大变形。 例如车床主轴箱的温升将使主轴升高[图 3 -31 (a)], 又因主轴前后轴承的发热量大于后轴承的发热量, 主轴前端将比后端高。 同时由于主轴箱的热量传给床身导轨向上凸起, 故而加剧了主轴的倾斜。 对于图 3 -31 (b) 所示的万能铣床, 主传动系统轴承的发热, 使其左箱壁温度升高, 造成主轴轴向升高并倾斜。 任务四 系统误差分析 在加工过程中产生的原始误差称为工艺系统的动误差。 在加工前就存在的机床、 刀具和夹具本身的制造误差称为工艺系统的几何误差, 或工艺系统的静误差。 在加工完毕, 对工件进行测量时, 由于测量方法和量具本身的误差会产生测量误差。 此外, 工件在毛坯制造、 切削加工和热处理时, 由于力和热的作用而产生的内应力, 也会引起工件变形而产生加工误差。 有时由于采用了近似的成形方法进行加工, 还会造成加工原理误差。 原始误差可归纳分类如下。 (一) 加工原理误差. 加工原理误差是指采用了近似的成形运毒或进食的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。 例如, 在三坐标数控铣床上采用球头铣刀铣削复杂表面时 (图 3 -6), 常采用 “行切法” 加工, 加工时刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的。 按这种方法加工, 是将空间曲面视为众多的平面截线的集合。 实际上,数控机床一般只具有直线插补功能, 所以实际加工时是按照允许的逼近误差, 采用很短的折线取逼近要加工的曲线。 因此, 在曲线或曲面的数控加工中, 刀具相对于工件的成形运动对于设计曲面来说是近似的。 又如滚齿用的齿轮滚刀为了制造方便, 采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆而产生的切削刃齿廓近似误差; 用模数铣刀铣削齿轮时, 也采用近似切刃轮廓, 同样会产生加工原理误差。 任务四 系统误差分析 采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓, 虽然会带来加工原理误差, 但往往可简化机构或刀具形状, 或可提高工作效率, 有时因机床结构或刀具形状的简化而使近似加工的精度比使用准确切削刃轮廓及准确成形运动进行加工所得到的精度还要高。 因此, 有加工原理误差的加工方法在生产中仍在广泛使用。 (二) 工艺系统的静误差 1. 机床误差 机床误差包括机床的制造误差、 安装误差和磨损等。 机床误差的项目很多, 这里主要分析对加工精度影响较大的主轴回转误差、 导轨误差和传动链误差。 (1) 主轴回转误差 机床主轴用来装夹工件或刀具的基准件, 并传递切削运动和动力。 主轴的回转精度是机床精度的一项重要指标, 主要影响被加工零件的几何形状精度、 位置精度和表面粗糙度。 1) 主轴的回转误差的基本形式 主轴回转时, 其回转轴线的空间位置理论上固定不变, 实际上, 由于主轴部件中轴承、 轴颈、 轴承座孔等的制造误差和装配质量、 润滑条件, 以及回转过程中多方面的动态因素的影响, 在每一瞬间主轴回转轴线的空间位置都在变化, 即存在着回转误差。 所谓主轴回转误差, 是指主轴实际回转轴线相对于理想回转轴线的漂移。 实际上, 理想回转轴线虽然理论上存在, 但无法确定其位置, 因此通常是以平均回转轴线 (各瞬间回转轴线的平均位置) 来代替。 主轴回转轴线的运动误差可分解为径向跳动、 轴向窜动和倾角摆动三种基本形式, 如图 3 - 7 所示。 主轴回转精度可以通过传感器测量, 并在示波器上显示出来。 任务四 系统误差分析 2) 主轴回转误差对加工精度的影响 主轴回转误差对加工精度的影响, 取决于不同截面内主轴瞬时回转轴线相对于刀尖位置的变化情况。 对于不同的加工方法和不同形式的主轴, 回转误差所造成的加工误差通常不同。 ①主轴的径向跳动对加工精度的影响 主轴的径向跳动会使工件产生圆度误差, 但径向跳动的方式和规律不同, 加工方法不同 (如车削和镗削), 对加工精度的影响也不同。 任务四 系统误差分析 在镗床上镗孔如图 3 -8 所示, 刀具回转, 工件不转。 假设主轴回转中心在 y 方向上作简谐运动, 其频率和主轴转速相同, 振幅为 A, 则镗刀刀尖的运动轨迹为一椭圆, 而加工出的孔即呈现椭圆形状, 其圆度误差为 A。 在车床上车外圆如图 3 -9 所示, 当工件旋转而刀具不动时, 若主轴径向跳动规律同前, 则车削得到的工件表面接近于正圆。 但由于加工面轴心 O M 与工序定位基准轴线 不重合, 可能造成加工面的同轴度误差。 任务四 系统误差分析 上面以特例说明了主轴径向跳动对加工误差的影响。 实际上, 主轴径向跳动规律很复杂, 因而引起的工件圆度误差形式也很复杂, 通常只能用实测的方法加以确定。 ②主轴的轴向窜动对加工精度的影响 主轴的轴向窜动对圆柱面的加工精度没有任何影响, 但在加工端面时, 会使车出的工件端面与轴线 (a) 所示。 如果主轴回转一周的过程中跳动一次, 则加工出的端面近似为螺旋面。加工螺纹时, 主轴的轴向窜动将使螺距产生周期误差, 如图 3 -10 (b) 所示。 因此, 对机床主轴轴向窜动的幅值通常都有严格的要求, 如精密车床的主轴轴向窜动不能超过 3μm。 任务四 系统误差分析 ③主轴的倾角摆动对加工精度的影响 主轴的倾角摆动对加工精度的影响与径向圆跳动对加工精度的影响相似, 其区别在于倾角摆动不仅影响工件加工表面的圆度误差, 而且影响工件加工表面的圆柱度误差。 如图 3 -11 所示为在镗床上镗孔时主轴的倾角摆动对加工精度的影响。 还需指出, 主轴实际工作时其回转轴线的漂移运动通常是上述三种形式误差运动的合成, 故有此而引起的加工误差很复杂, 既有圆度误差, 也有圆柱度误差, 还有端面的形状误差。 任务四 系统误差分析 3) 影响主轴回转精度的主要因素 主轴回转误差与轴承的误差、 轴承的间隙、 与轴承配合零件的误差以及主轴转速等多种因素有关。 对于不同类型的机床和不同类型的主轴结构形式, 其主轴轴承原始误差对主轴回转精度的影响不同。 ①滑动轴承误差对主轴回转精度的影响 主轴采用滑动轴承时, 轴承误差主要来源于主轴轴颈和轴承孔的圆度误差。 对于工件回转类机床, 切削力的方向大体不变, 主轴在切削力的作用下, 其轴颈以不同部位和轴承孔的某一固定部位相接触。 因此, 影响主轴回转精度的主要是主轴轴颈的圆度和波纹度, 而轴承孔的形状误差影响较小。 如果主轴轴颈是椭圆的, 那么主轴回转一周, 主轴回转轴向就径向跳动两次, 如图 3 -12 (b) 所示。 主轴轴颈表面如有波纹, 主轴回转时将产生高频的径向跳动。 对于刀具回转类机床, 由于切削力方向随主轴的回转而变化, 主轴轴颈在切削力作用下总是以某一规定部位与轴承孔内表面的不同位置接触。 因此, 对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆度。 如果轴承孔是椭圆的, 则主轴每回转一周, 就径向跳动一次, 如图 3 -12 (a) 所示。 轴承内孔有波纹, 主轴同样会产生高频径向跳动。 上面的分析仅适用于单油楔动压轴承。 如采用多油楔动压轴承, 主轴旋转时会产生几个油楔, 把轴颈推向中央, 油膜刚度也较单油楔为高, 故主轴回转精度较高, 此时主要影响回转精度的是轴颈的圆度。 如果采用静压轴承, 由于油膜压力是由液压泵提供的, 与主轴转速无关, 同时外载荷由油腔间的压力变化差来平衡, 因此油膜厚度变化引起的轴线漂移小于动压轴承。 此外, 静压轴承与动压轴承相比油膜较厚, 能对轴孔或轴颈的圆度误差起均化作用, 故可得到较高的主轴回转精度。 任务四 系统误差分析 ②滚动轴承误差对主轴回转精度的影响 主轴采用滚动轴承时, 滚动轴承的内圈、 外圈和滚动体本身的几何精度将影响主轴回转精度。 在分析时, 可将滚动轴承的外圈滚道看做轴承孔, 而滚动轴承的内圈看做轴颈。 因此, 对于工件回转类机床,滚动轴承内圈滚道圆度对主轴回转精度影响较大; 而对于刀具回转类机床, 滚动轴承外圈滚道圆度对主轴回转精度影响较大。 滚动轴承的内、 外圈滚道若有波纹, 则无论刀具回转类还是工件回转类机床都将引起主轴的高频径向跳动。 推力轴承滚道端面误差会引起主轴轴向窜动, 如图 3 -13 所示。 若只有一个端面滚道存在误差, 对轴向窜动影响很小; 只有当两个滚道端面均存在误差时, 才会引起较大的窜动量。 任务四 系统误差分析 ③轴承配合质量对主轴回转精度的影响 与轴承相配合的零件的制造精度和装配质量对主轴回转精度有重要影响。 由于轴承内、 外圈或轴瓦很薄, 受力后容易变形, 因此与之相配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差, 会使轴承圈或轴瓦发生变形而产生圆度误差, 其结果是造成主轴回转轴线的径向漂移。 与轴承端面配合的零件, 如果端面平面度超差或与主轴回转轴线不垂直, 会使轴承圈滚道倾斜, 造成主轴回转轴线的轴线漂移。 轴承间隙对主轴回转精度影响也很大。 对于滑动轴承, 过大的轴承间隙会使主轴工作时油膜厚度增大, 油膜承载能力降低, 当工作条件 (载荷、 转速等) 变化时, 引起油楔厚度变化, 造成主轴轴线漂移。 任务四 系统误差分析 对于滚动轴承, 轴承间隙过大也造成主轴轴线) 提高主轴回转精度的措施 无论是刀具回转类还是工件回转类机床, 主轴回转精度对工件加工表面的形状精度都有重大影响,因此提高主轴的回转精度是获得高精度加工表面的主要手段。 提高主轴回转精度的措施包括以下几个方面。 ①提高主轴部件的设计与制造精度 首先应选用高精度的滚动轴承, 或采用高精度的静压轴承或多油楔动压轴承, 其次是提高主轴轴颈、箱体支承孔和其他与轴承相配合零件的有关表面的加工精度。 ②对滚动轴承进行预紧 通过对滚动轴承施加适当的预紧力已消除轴承间隙, 甚至产生微量过盈。 这样既可增加轴承刚度,又能对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起均化作用, 从而能有效提高主轴的回转精度。 ③采用误差转移法 通过采用专用的工艺装备和夹具直接保证工件在加工过程中的回转精度, 使主轴的误差不再反映到工件上, 这是保证工件形状精度的简单而有效的方法。 例如, 在外圆磨床上磨削外圆柱面时, 为了避免工件头架主轴回转误差的影响, 工件采用两个固定顶尖支承, 如图 3 - 14 所示。 此时, 主轴只起传动作用, 回转精度完全取决于顶尖和顶尖孔的形状误差和同轴度误差, 而提高顶尖和顶尖孔的精度要比提高主轴部件的精度容易而且经济得多。 任务四 系统误差分析 (2) 导轨导向误差 机床导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准, 也是运动的基准。 机床导轨的导向精度是指导轨副的运动件实际运动方向和理想运动方向的符合程度, 这两者之间的偏差值称为导向误差。 由于机床导轨副的制造误差、 安装误差、 配合间隙以及磨损等因素影响, 会使导轨产生导向误差。 在机床的精度标准中, 直线导轨的导向精度一般包括: 导轨在水平面内的直线度、 导轨在垂直面内的直线度、 前后导轨的平行度 (扭曲)、 导轨对主轴回转轴线的平行度 (或垂直度) 等。 1) 导轨导向精度对加工精度的影响 对于不同的加工方法和加工对象, 导轨导向误差所引起的加工误差也不一样。 在分析导轨导向误差对加工精度的影响时, 主要考虑导轨误差引起的刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。 下面以在车床上车削圆柱面为例, 分析导轨导向误差对加工精度的影响。 ①导轨在水平面内的直线度误差 在卧式车床上车削外圆柱面时, 若床身导轨在水平面内存在直线 所示, 则由 Δx引起的加工半径误差 ΔR = Δx。 由此可以看出车床导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响较大。 任务四 系统误差分析 ②导轨在垂直面内的直线度误差 导轨在垂直面内的直线度误差 Δz 引起的加工半径误差为 由于 Δy 引起的加工半径误差 ΔR 取决于 Δy 的二次方, 数值很小, 因而可以忽略。 由此可见, 同样大小的原始误差在不同方向上引起的加工误差也不同。 当原始误差的方向恰为加工表面的法线方向时, 引起的加工误差最大。 我们把对加工精度影响最大的这个方向称为加工误差敏感方向。 任务四 系统误差分析 任务四 系统误差分析 一般卧式车床 H/ B≈2/2, 外圆磨床 H≈B, 因此导轨扭曲引起的加工误差不容忽略。 2) 影响机床导轨导向误差的因素 ①机床制造误差 包括导轨的制造误差、 溜板的制造误差以及导轨的装配误差等。 ②机床安装误差 机床安装不正确引起的导轨误差, 往往远大于制造误差。 特别是车床和导轨长度较大的大型机床,床身导轨刚性较差, 在本身自重的作用下容易变形。 如果安装不正确, 或者地基不良, 就会造成导轨弯曲变形。 因此, 机床在安装时应有良好的基础, 并严格进行测量和校正, 而且在使用期间还应定期复校和调整。 ③导轨磨损 由于使用程度不同及受力不均, 机床使用一段时间后, 导轨沿全长上各段的磨损量不等, 并且在同一截面上各导轨面的磨损量也不相等。 这会引起床鞍在水平面和垂直面内发生位移, 且有倾斜, 从而造成刀具位置误差。 机床导轨副的磨损与工作的连续性、 负荷特性、 工作条件、 导轨的材质和结构等有关。 为了提高机床导轨的导向精度, 机床设计与制造时, 应从结构、 材料、 加工工艺等方面采取措施,提高制造精度; 机床安装时, 应校正好水平和保证地基质量; 使用时, 要注意调整导轨配合间隙, 同时保证良好的润滑和防护。 (3) 传动链的传动误差 1) 机床传动链传动误差及其对加工精度的影响 在加工螺纹、 齿轮、 涡轮等成形表面时, 刀具和工件之间的精确运动关系, 是由机床的传动系统来保证的, 它是影响加工精度的主要因素。 传动链的传动误差是指传动链汇总 任务四 系统误差分析 首末两端传动元件之间相对运动的误差。 对于机械传动机床, 传动链一般由齿轮副、 蜗杆副、 丝杠螺母副等组成。 图 3 -17 所示为某滚齿机床用单头滚刀加工直齿轮时的传动链。 传动链中各组成环节的制造和装配误差都通过传动链影响被加工齿轮的精度。 由于各传动件在传动链中所处的位置不同, 它们对被加工齿轮的加工精度 (即末端件的转角误差) 的影响程度不同。 若齿轮 z 1 油转角误差 ΔΦ 1 ; 而其他各传动件无误差, 则由 ΔΦ 1 产生的工件转角误差为 任务四 系统误差分析 ①缩短传动链长度, 减少传动链中传动件数目 传动链的传动误差等于组成传动链各传动件传递误差之和。 例如, 在车床上加工较高精度螺纹时,不经过进给箱, 而用交换齿轮直接传动丝杠, 以缩短传动链长度, 减少传动链的传动误差。 ②采用降速传动链 由前面分析可知, 传动比小, 传动元件误差对传动精度的影响就小, 而传动链末端传动元件的误差对传动精度影响最大。 因此, 采用降速传动是保证传动精度的重要原则。 对于螺纹或丝杠加工机床, 为保证降速传动, 机床传动丝杠的导程应大于工件螺纹导程; 对于齿轮加工机床, 分度蜗轮的齿数一般很大, 目的也是为了得到大的降速传动比。 ③提高传动元件, 特别是末端传动元件的制造精度和装配精度 传动链中各传动件的加工、 装配误差对传动精度均有影响, 其中最后的传动元件 (末端件) 的误差影响最大。 如滚齿机上切出的齿轮的齿距误差及齿距累积误差, 大部分是由 任务四 系统误差分析 分度蜗轮副引起的。 所以,滚齿机上分度蜗轮副的精度等级应比被加工的齿轮的精度高 1 ~2 级。 ④采用误差补偿的方法 采用测量仪器测出传动误差, 根据此测量值在原传动链中认为的加入一个误差, 其大小与传动链本身的误差相等而方向相反, 从而使之相互抵消。 例如高精度螺纹加工及机床采用机械式的校正装置, 或采用计算机控制的传动误差补偿装置。 图 3 -18 为车床精密丝杠螺距误差补偿装置。 在车床主轴上安装光电编码器, 用光栅线位移传感器测量刀架的纵向位移。 将主轴回转器信号与刀架位移信号同步输入计算机, 计算得到误差数据后发出控制信号, 驱动压电陶瓷微位移刀架作螺距误差补偿运动。 任务四 系统误差分析 2. 刀具和夹具误差 (1) 刀具误差 刀具误差包括刀具的制造误差、 安装误差和磨损。 刀具误差对加工精度的影响依刀具种类而异。 对于定尺寸刀具, 如钻头、 铰刀、 键槽铣刀、 镗刀块圆拉刀等, 加工刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度; 采用成形车刀、 成形铣刀、 成形砂轮等成形刀具加工时, 刀具的形状精度将直接影响到工件的形状精度; 采用展成法加工时, 如齿轮滚刀、 花键滚刀、 插齿刀的切削刃形状必须使加工表面的共轭曲线,因此, 切削刃的形状误差和尺寸误差会影响加工表面的形状精度。 对于普通刀具, 如车刀、 镗刀、 铣刀等, 当采用轨迹法加工时, 其制造精度对加工精度无直接影响。但刀具几何参数和形状将影响刀具的耐用度, 因此间接影响加工精度。 在切削过程中, 刀具会逐渐磨损, 使原有形状和尺寸发生变化, 由此引起工件尺寸和形状误差。 在加工工件较大或一次走刀需较长时间时, 对尺寸精度发生较大的影响; 当用调整法加工一批工件时, 刀具的磨损会扩大到工件尺寸的分散范围。 (2) 夹具误差 夹具误差将直接影响工件加工表面的位置精度或尺寸精度。 夹具的制造精度主要表现在定位元件、对刀装置和导向元件等本身的精度以及它们之间的位置精度。 定位元件确定了工件与夹具之间的相对位置, 对刀装置和导向元件确定了刀具和夹具之间的相对位置, 通过夹具就间接确定了工件与刀具之间的相对位置, 从而保证了加工精度。 夹具中的定位元件、 对刀装置和导向元件的磨损会直接影响加工精度。 (三) 工艺系统的动误差 任务四 系统误差分析 1. 工艺系统受力变形引起的误差 (1) 工艺系统的刚度 切削加工时, 由机床、 夹具、 刀具和工件组成的工艺系统, 在切削力、 夹紧力以及重力的作用下,将产生相应的变形。 这种变形将破坏刀具和工件在静态下调整好的相互位置, 并会使切削成形运动所需要的正确几何关系发生变化, 而造成加工误差。 例如, 在车削细长轴时, 工件在切削力的作用下会发生变形, 使加工出的轴出现中间粗两头细的情况 [如图 3 -19 (a)]; 在内圆磨床上采用径向进给磨孔时,由于内圆磨头主轴弯曲变形, 磨出的孔会出现锥度的圆柱度误差 [如图 3 -19 (b)]。 任务四 系统误差分析 从影响加工精度的角度出发, 工艺系统的刚度可以定义为在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比。 根据系统所受载荷的性质不同, 工艺系统刚度可分为静刚度和动刚度两种。 静刚度主要影响工件的几何精度; 动刚度则反映系统抵抗动态力的能力, 主要影响工件表面的波纹度和表面粗糙度。 本节只讨论静刚度的问题。 (2) 机床部件的刚度及其特点 在工艺系统的手里变形中, 机床的变形最为复杂, 且通常占主要成分。 由于机床部件刚度的复杂性,很难用理论公式来计算, 一般都是用实验方法来测定 (有关机床部分刚度的测定请参阅有关的实验指导书)。 图 3 -20 是对一台中心高为 200 mm 的卧式车床刀架部件施加静载荷得到的静刚度特性曲线中曲线Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ分别表示三次加载。 由图 3 -20 可看出机床部件刚度的特点。 1) 作用力和变形不是线性关系, 反映出刀架的变形不纯粹是弹性变形。 2) 加载和卸载曲线不重合, 两曲线间包容的面积代表了加载 - 卸载循环中所损失的能量, 即外力在克服部件内零件间的摩擦力和接触面塑性变形所作的功。 3) 卸载后曲线不回到原点, 说明产生了残余变形。 在反复加载 - 卸载后, 残余变形逐渐接近于零。 4) 部件的实际刚度远比按实体所估算的要小。 由于机床部件的刚度曲线不是线性的, 其刚度不是常数, 一般取曲线两端点连线的斜率来表示其平均刚度。 任务四 系统误差分析 机床部件一般都由多个零件组成, 因而影响机床部件刚度的因素很复杂, 主要因素包括以下几个方面。 1) 联接表面间的接触变形 当外力作用时, 由于零件表面几何形状误差和表面粗糙度的影响, 使得零件之间结合表面的实际接触面积只是理论接触面的一小部分, 真正处于接触状态的, 只是一些凸峰。 这些接触点处将产生较大的接触应力, 并产生接触变形, 其中有表面的弹性变形, 也有局部塑性变形。 这就是部件刚度曲线不呈直线, 以及部分刚度远比同尺寸实体的刚度要低很多的主要原因。 任务四 系统误差分析 2) 薄弱零件的变形 在机床部件中, 薄弱环节零件受力变形对部分防毒的影响很大, 如图 3 -21 所示。 例如刀架和溜板部件中的楔铁 [如图 3 -21 (a)], 由于其结构细长, 加上又难易做到平直, 以致装配后与导轨配合不好,容易产生变形。 又如, 滑动轴承衬套因形状误差而与壳体接触不良 [如图 3 -21 (b)], 受载后极易产生变形, 故造成整个部件刚度大大降低。 任务四 系统误差分析 3) 零件表面间摩擦力的影响 机床部件受力变形时, 零件接触表面间会发生错动, 加载时摩擦力阻碍变形的发生, 卸载时摩擦力阻碍变形的恢复, 造成加载和卸载刚度曲线) 接触面的间隙 部件中各零件间如果有间隙, 那么只要受到较小的力 (克服摩擦力) 就会使零件相互错动, 表现为刚度低。 加工过程中, 如果单向受载, 那么在第一次加载消除间隙后对加工精度的影响较小; 如果工作载荷不断改变方向 (如镗床、 铣床的切削力), 则间隙的影响不容忽视。 (3) 工艺系统刚度对加工精度的影响 1) 切削力作用点位置变化的工件形状误差 加工过程中, 如果总切削力的大小不变, 但由于其作用点位置不断变化, 使工艺系统刚度随之变化,将会引起工件形状误差。 如在车床顶尖之间装夹加工细长轴时, 变形大的地方, 从工件上切除的金属层薄; 变形小的地方,切除的金属层厚, 故加工出来的工件呈两端粗、 中间铣的鞍形 (图 3 -22)。 任务四 系统误差分析 2) 切削力大小变化引起的加工误差 机械加工中, 由于毛坯形状误差或相互位置误差较大导致加工余量不均, 或材料硬度的不均匀, 都会引起切削力大小变化, 从而产生加工误差。 图 3 -23 所示为误差复映现象。 车削一椭圆形截面毛坯, 加工时根据设定尺寸 (双点画线圆的位置) 调整刀具的背吃刀量, 车削后的工件呈椭圆形, 仍然具有圆度误差。 也就是当车削具有圆度误差 Δm = a p1 - a p2 的毛坯时, 由于工艺系统受力变形, 而使工件产生相应的圆度误差 Δg = Δ 1 - Δ 2 。 这种毛坯误差部分地反映在工件上的现象叫作 “误差复映”, 并称 ε = Δg/ Δm 为误差复映系数。 由于 Δg 通常小于 Δm, 所以 ε 是一个小于 1 的正数, 它定量地反映了毛坯误差加工后减小的程度。 当毛坯误差较大, 一次走刀不能消除误差复映的影响, 可增加走刀次数来减小工件的复映误差, 提高加工精度, 但会减低生产率。 任务四 系统误差分析 有上述分析可知, 当工件毛坯有形状误差或相互位置误差时, 加工后仍然会有同类的加工误差出现。 在成批大量生产中用调整法加工时, 如毛坯尺寸不一, 那么加工后这批工件将会造成尺寸分散。 毛坯材料硬度不均匀, 同样会造成加工误差。 3) 其他作用力对加工精度的影响 加工过程中, 工艺系统除受到切削力的作用外, 还受到惯性力、 传动力、 夹紧力和重力的作用, 在这些里的作用下, 工艺系统产生变形, 从而影响工件的加工精度。 例如, 工件在装夹时, 工件刚度较低或夹紧力着力点不当, 会使工件产生相应的变形, 造成加工误差。 图 3 -24 所示为套筒夹紧变形误差。 用自定心卡盘夹持薄壁套筒镗孔, 假定毛坯件是正圆形, 夹紧后毛坯呈三棱柱形, 虽镗出的孔为正圆形, 但松开后, 套筒弹性恢复使孔又变成三棱柱形。 为了减少套筒因夹紧变形造成的加工误差, 可采用开口过渡环或采用圆弧面卡爪夹紧, 使夹紧力均匀分布。 任务四 系统误差分析 又如在平面磨床上磨削薄片零件, 若工件毛坯件有翘曲, 当它被电磁工作台吸紧时, 会产生弹性变形, 将工件磨平后取下, 由于弹性恢复, 使已磨平的表面又发生翘曲, 如图 3 -25 (a、 b、 c) 所示。 改进的办法是在工件和吸盘之间垫入一层橡胶垫 (0. 5mm 以下) 或纸片, 如图 3 -25 (d、 e) 所示, 当工作台吸进工件时, 橡胶垫将受到不均匀压缩, 使工件变形减少, 翘曲部分就将被磨去, 如此正反面多次磨削后, 就可得到较平的平面。 任务四 系统误差分析 工艺系统有关零部件自身的重力所引起的相应变形, 也会造成加工误差。 图 3 -26 所示为工件自重引起的加工误差。 在靠模车床上加工尺寸较大的细长轴时, 由于尾座刚度比头架低, 在工件重量的作用下,尾座的下沉变形比头架大, 加工的外圆柱表面将产生圆柱度误差。 而对于大型工件的加工 (如磨削床身导轨面), 工件自重引起的变形有时成为产生加工形状误差的主要原因。 实际生产中, 装夹大型工件时,恰当地布置支承可以减小自重引起的变形。 (4) 减小工艺系统受力变形的措施 减小工艺系统受力变形是保证加工精度的有效途径之一。 在生产实际中, 常从两个主要方面采取措施予以解决: 一方面采取适当的工艺措施减小载荷及其变化, 如合理选择刀具几何参数和切削用量以减小切削力, 特别是背向力, 就可以减少受力变形; 将毛坯分组, 使一次调整中加工的毛坯余量比较均匀,也能减少切削力的变化, 从而减小复印误差。 另一方面时采取以下的措施工艺系统的刚度。 1) 合理设计零部件结构 在设计工艺装备时, 应尽量减少联接面数目, 并注意刚度的匹配, 防止有局部低刚度环节出现。 在设计基础、 支承件时, 应合理选择零件结构和截面形状。 2) 提高接触表面的接触刚度 由于部件活动结合面的接触刚度大大低于实体零件本身的刚度, 所以提高接触刚度是提高工艺系统刚度的重要措施。 提高接触刚度的主要措施有:. ①提高机床部件中零件间结合表面的质量。 提高机床导轨的刮研质量, 减小其表面粗糙度值等都能使实际接触面积增加, 从而有效地提高表面的接触刚度。 任务四 系统误差分析 ②给机床部件以预紧载荷。 此措施常用在各类轴承、 滚珠丝杠螺母副的调整中。 给机床部件以预加载和, 可消除结合面间的间隙, 增加实际接触面积, 减少受力后的变形量。 3) 采用合理的装夹方式, 加工方式 加工细长轴时, 工件的刚度差, 采用中心架或跟刀架有助于提高工件的刚度。 图 3 -27 为转塔车床提高刀架刚度的示例。 图 3 -27 (a) 为采用导套、 图 3 -27 (b) 为采用导杆辅助支承提高镗刀杆刚度。 2. 工件残余应力引起的误差 残余应力又称内应力, 是指在没有外力作用下或去除外力后仍残余在工件内部的应力。 零件中的残余应力往往处于一种不稳定的平衡状态, 在外界某种因素的影响下, 它会使内部的组织很容易失去原有的平衡, 并达到新的平衡。 在这一过程中, 内应力重新分布, 导致工件变形产生, 从而破坏零件原有的精度。 任务四 系统误差分析 (1) 残余应力产生的原因 1) 毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力 在铸、 锻、 焊、 热处理等加工过程中, 由于各部分冷热收缩不均匀以及金相组织转变引起的体积变化, 将会使毛坯内部产生残余应力。 毛坯的结构越复杂, 各部分的厚度越不均匀, 散热条件相差越大,则在毛坯内部产生的残余应力也越大。 具有残余应力的毛坯由于残余应力暂时处于相对平衡的状态, 加工时切去一层金属后, 就打破了这种平衡, 残余应力将重新分布, 零件就会产生明显的变形。 例如, 图 3 -28 所示为一内外壁厚薄相差较大的铸件在铸造过程中残余应力的形成过程。 铸件浇铸后, 由于壁 A、 和 C 比较薄, 容易散热, 所以冷却速度较 B 快。 当壁 A、 C 从塑性变形冷却到了弹性状态时, 壁 B 尚处于塑性状态。 当 A、 C 继续收缩时, B 不阻止其收缩, 故不产生残余应力。 当 B 也冷却到了弹性状态时, 壁 A、 C 的温度已降低很多, 其收缩速度变得很慢, 但这时 B 收缩较快, 因而受到 A、 C 阻碍。 因此, B 内就产生了拉应力, 而 A、 C 内就产生了压应力, 形成相互平衡状态。 如果在 A 上开一缺口, A 上的压应力消失, 铸件在 B、 C 的残余应力作用下, B 收缩, C 伸长, 铸件就产生了弯曲变形, 直至残余应力重新分布达到新的平衡状态为止。 任务四 系统误差分析 各种铸件都难免发生冷却不均匀而产生残余应力的现象。 如铸造后的机床床身, 其导轨面和冷却快的地方都会出现压应力。 粗加工时导轨表面被切去一层后, 残余应力就重新分布达到新的平衡, 结果使导轨中部下凹。 图 3 -29 所示为床身因内应力引起的变形。 任务四 系统误差分析 2) 冷校直带来的残余应力 为了纠正细长轴类零件的弯曲变形, 有时采用冷校直方法。 此种方法是在与变形相反的方向上施加作用力, 如图 3 -30 (a) 所示,使工件产生反方向弯曲, 并产生一定的塑性变形。 当工件外层应力超过屈服强度时, 其内层应力还未超过弹性极限, 故其应力分布情况如图 3 -30 (b) 所示。 去除外力后, 由于下部外层已产生拉伸的塑性变形, 上部外层已产生了压缩的塑性变形, 故里层的弹性恢复受到阻碍。 结果上部外层产生残余拉应力, 上部里层产生残余压应力; 下部外层产生残余压应力, 下部里层产生残余拉应力, 如图 3 -30 (c) 所示。 冷校直后虽然弯曲减小了, 但内部组织处于不稳定状态, 经加工后, 又会产生新的弯曲变形。 3) 切削加工带来的残余应力 在切削加工中, 工件表面在切削力、 切削热作用下, 也会产生残余应力。 (2) 减小残余应力的措施 1) 增加时效处理工序 对于一些精密零件, 采用自然时效处理、 振动时效处理等工序, 可有效地减少或消除工件中的残余应力。 2) 合理安排工艺过程 将粗、 精加工安排在不同工序中进行, 使粗加工后有一定时间让残余应力重新分布, 以减少对精加工的影响。 在加工大型工件时, 粗、 精加工往往安排在同一道工序中完成, 这时应在粗加工后将工件松开, 让工件有自由变形的可能, 然后再进行精加工。 对于精密丝杠这样的精密零件, 在加工过程中不允许进行冷校直。 任务四 系统误差分析 3) 合理设计零件结构 在设计铸锻件时, 尽量使其壁厚均匀, 焊接件尽量使其焊缝均匀分布, 可减少残余应力的产生。 3. 工艺系统热变形引起的加工误差 (1) 概述 在机械加工过程中, 工艺系统会受到各种热源的影响, 工艺系统各个组成部分产生复杂的变形, 这种变形称为热变形。 它将破坏刀具与工件间的正确几何关系和运动关系, 造成工件的加工误差。 例如,在精密加工和大件加工中, 热变形所引起的加工误差有时会占到工件加工总误差的 40% ~70%。 1) 工艺系统的热源 引起工艺系统热变形的热源可分为内部热源和外部热源两大类, 主要包括: 切削热、 摩擦热、 环境温度及辐射等。 切削热时切削加工过程中最主要的热源, 它对工件加工精度的影响最为直接。 在切削(磨削) 过程中, 消耗与切削的弹、 塑性变形能及刀具、 工件和切屑之间摩擦的机械能, 绝大部分都转化成了切削热。 工艺系统中的摩擦热, 主要是机床和液压系统中运动部件产生的, 如电动机、 轴承、 齿轮、 丝杠副、导轨副、 液压泵等各运动部分产生的摩擦热。 尽管摩擦热比切削热少, 但摩擦热在工艺系统中是局部发热, 会引起局部温升和变形, 破坏系统原有的几何精度。 外部热源的热辐射及周围环境温度对机床热变形的影响, 有时也是不容忽视的。 例如在加工大型工件时, 往往要昼夜连续加工, 由于昼夜温度不同, 从而影响了加工精度。 又如照明灯光、 加热器等对机床的热辐射往往是局部的, 因而会引起机床各部分不同的温升和变形, 这在大型零件、 精密加工时不能忽视。 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 表 3 -8 的数据适用于在大刚度零件上钻孔, 公差等级在 IT12 级以下 (或自由公差), 钻孔后还用钻头、 锪钻或镗刀加工的情况。 在下列条件下还乘修正系数。 (1) 在低刚度零件上钻孔 (箱体形状的薄壁零件、 零件上薄的突出部分) 时, 乘系数 0. 75。 (2) 用铰刀加工的精确孔, 低刚度零件上钻孔, 斜面上钻孔, 钻孔后用丝锥攻螺纹, 乘系数 0. 50。 孔深度大于 3 倍直径时应乘修正系数。 孔深度修正系数见表 3 -9。 为避免钻头损坏, 当刚要钻穿时应停止自动进给而改用手动进给。 2. 扩钻、 扩孔及锪孔的切削用量 扩钻和扩孔的切削用量见表 3 -10。 用麻花钻扩孔称为扩钻, 用扩孔钻扩孔称为扩孔。 锪沉头孔及孔口端面时, 切削速度约为钻孔切削速度的 1/2 ~1/3。 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 3. 铰削的切削用量 用机铰刀铰孔时的进给量见表 3 -12。 高速钢铰刀铰碳钢及合金钢时的进给量及切削速度见表 3 -13。金属材料的加工性等级见表 3 -14。 高速钢铰刀铰灰铸铁时的切削速度见表 3 -15。 硬质合金铰刀铰孔时的切削用量见表 3 -16。 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 机械制造工艺 学习情境三 机械加工质量分析 任务二 机床和工艺装备的确定 任务二 机床和工艺装备的确定 一、 机床和工艺装备的确定 在拟定工艺路线时, 必须同时确定各工序所采用的机床、 设备和工艺装备。 机床和工艺装备的选择尽量做到合理、 经济, 使之与被加工零件的生产类型、 加工精度和零件的形状尺寸相适应。 1. 机床的选择 1) 机床的加工规格范围应与零件的外部形状、 尺寸相适应。 2) 机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。 3) 机床的生产率应与被加工件的生产类型相适应。 单件小批量生产宜选用通用机床; 大批量生产宜选用生产率较高的专用机床, 组合机床或自动机床。 4) 机床的选择应与现有条件相适应, 做到尽量发挥现有设备的作用, 并尽量做到设备负荷平衡。 2. 刀具的选择 刀具选择包括刀具的类型、 构造和材料的选择。 主要应根据加工方法, 工序应达到的加工精度、 粗糙度, 工件的材料, 生产率和经济性等因素加以考虑。 原则上尽量采用标准刀具, 必要时采用各种搞生产率的复合刀具。 3. 量具的选择. 1) 量具的精度应和零件的加工精度相适应。 2) 量具的量程应与被测零件的尺寸大小相适应。 3) 量具的类型应与被测表面的性质 (孔或外圆尺寸值还是形状位置值) 相适应。 4) 量具的选择应与零件的生产类型和生产方式相适应。 任务二 机床和工艺装备的确定 任务二 机床和工艺装备的确定 任务二 机床和工艺装备的确定 二、 时间定额与经济分析 1. 时间定额 (1) 定义 时间定额是指在一定生产条件 (生产规模、 生产技术和生产组织) 下规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。 时间定额时安排作用计划、 进行成本核算、 确定设备数量和人员编制等的重要依据。 (2) 时间定额的组成 时间定额由基本时间 (T b )、 辅助时间 (T a )、 布置工作地时间 (T s )、 休息和生理需要时间 (T r ) 和准备与终结时间 (T e ) 组成。 1) 基本时间 T b 直接改变生产对象的尺寸、 形状、 相对位置以及表面状态等工艺过程所消耗的时间,称为基本时间。 对机械加工而言, 基本时间就是切去金属所消耗的时间。 任务二 机床和工艺装备的确定 2) 辅助时间 T a 各种辅助动作所消耗的时间, 称为辅助时间。 只要指: 装卸工作、 开停机床、 改变切削用量、 测量工件尺寸、 进退刀等动作所消耗的时间。 辅助时间可查表确定。 3) 作业时间 T B T B = 基本时间 T b + 辅助时间 T a4) 布置工作地时间 T s 布置工作地时间为正常操作服务所消耗的时间, 主要指: 换刀、 修正刀具、 润滑机床、 清理切屑、 收拾工具等所消耗的时间。 计算方法: 一般按操作时间的 2% ~7%进行计算。 5) 休息和生理需要时间 T r 为恢复体力和满足生理卫生需要所消耗的时间, 为休息与生理需要时间。 计算方法: 一般按操作时间的 2% ~4%进行计算。 6) 准备与终结时间 T e 为生产一批零件, 进行准备和结束工作所消耗的时间, 称为准备与终结时间。 主要指: 熟悉工艺文件、 领取毛坯、 安装夹具、 调整机床、 拆卸夹具等所消耗的时间。 计算方法: 根据经验进行估算。 单件计算时间 T c T c = T b + T a + T s + T r + T e / n 式中 n—一批工件的数量。 2. 工艺方案的经济性分析 经济分析是研究如何用最少的社会消耗、 最低的成本生产出合格的产品, 即通过比较各种不同工艺方案的生产成本, 选出其中最为经济的工艺方案。 (1) 生产成本 生产成本是指制造一个零件或产品所必须的一切费用的总和。 生产成本包括两部分费用。 任务二 机床和工艺装备的确定 1) 工艺成本 (第一类费用) 与完成工序直接有关的费用称为第一类费用, 也称工艺成本。 工艺成本约占零件生产成本的 70% ~75%。 工艺成本可分为可变费用和不变费用。 ①可变费用 v (元/ 件) 可变费用是与零件年产量直接有关的费用。 它随产量的增长而增长, 如材料和制造费、 生产用电费等。 ②不变费用 c (元) 不变费用是与产品年产量无直接关系的费用。 它不随产量的变化而变化, 如设备的折旧费。 2) 第二类费用 与完成工序无关而与整个车间的全部生产条件有关的费用, 称为第二类费用。 这类费用包括非生产人员开支、 厂房折旧及维护、 照明、 取暖、 通风及运输费等。 (2) 工艺方案的工艺成本分析 对各种工艺方案进行经济分析时, 只要分析工艺成本 (第一类费用) 既可, 因为在同一生产条件下第二类费用基本上是相等的。 工艺成本与年产量的关系如图 3 -1 所示。 1) 年度工艺成本 S 年 S 年 = N 零 V + C 年 式中 N 零 —零件的年生产纲领。 年度工艺成本 S 年 与零件的年生产纲领 N 零 成线) 单件工艺成本 S 单 S 单 = V + C 年 / N 零 单件工艺成本 S 单 与零件生产纲领 N 零 成双曲线 (a) 所示。 任务二 机床和工艺装备的确定 (3) 比较分析 图 3 -2 所示为两种工艺方案的经济分析。 其中, 方案 I 采用通用机床加工; 方案 II 采用数控机床加工。 由年度工艺成本 S 年 = N 零 V + C 年 的分析可知: 任务二 机床和工艺装备的确定 1) 年度不变费用 C 年2 C 年1 。 2) 每件可变费用 V 2 V 1 。 比较选择: ①当 N V C 时, 宜采用方案 I 通用机床。 ②当 N V C 时, 宜采用方案 II 专用机床。 ③当 N = V C 时, 两种加工方案经济性相同。 机械制造工艺 学习情境三 机械加工质量分析 任务三 表面粗糙度确定 任务三 表面粗糙度确定 一、 影响表面粗糙度的因素及其控制 影响表面粗糙度的因素主要有几何因素、 物理因素和机械加工振动因素三个。 1. 切削加工的表面粗糙度 切削加工的表面粗糙度主要取决于切削残留面积的高度, 并与切削表面塑性变形及积屑瘤的产生有关。 (1) 影响切削残留面积的高度的因素 车削、 刨削加工时残留面积的高度计算如图 3 -3 所示。 如果使用直线切削刃切削, 切削残留面积高度为 任务三 表面粗糙度确定 (2) 影响切削表面积屑瘤和鳞刺的因素 加工塑性材料时, 切削速度对表面粗糙度的影响较大。 切削速度 v 为20 ~50m/ min 时, 表面粗糙度值最大, 这是由于产生积屑瘤或鳞刺所致。 当切削速度超过 100m/ min 时, 表面粗糙度值下降, 并趋于稳定。 在实际切削低碳钢、 低合金钢等塑性金属时, 选择低速宽刀精切和高速精切, 往往可以得到较小的表面粗糙度值。 一般说来, 材料韧性越大或塑性变形趋势越大, 被加工表面粗糙度值就越大。 切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。 对于同样的材料, 金相组织越粗大, 切削加工后的表面粗糙度值就越大, 为减小切削加工后的表面粗糙度值, 常在精加工前进行调质等处理, 目的在于得到均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。 此外, 合理选择切削液, 适当增大刀具法前角, 提高刀具的刃磨质量等, 均能有效地减小加工表面粗糙度值。 2. 磨削加工的表面粗糙度 影响磨削加工表面粗糙度的因素主要包括与磨削过程和砂轮结构有关的几何因素、 与磨削过程和工件的塑性变形有关的物理因素机工艺系统的振动因素等。 (1) 砂轮对表面粗糙度的影响 1) 砂轮粒度 仅从几何因素考虑, 砂轮粒度越细, 磨削的表面粗糙度值越小。 但磨粒太细时, 砂轮易被磨屑堵塞,使加工表面塑性变形增大, 表面粗糙度值增大; 若导热情况不好, 还容易在加工表面产生烧伤。 任务三 表面粗糙度确定 2) 砂轮硬度 砂轮的硬度时在磨粒在磨削力的作用下从砂轮上脱落的难易程度。 砂轮太硬, 磨粒不易脱落, 磨钝了的磨粒不能及时被新磨粒替代, 使表面粗糙度值增大。 砂轮太软, 磨粒易脱落, 磨削作用减弱, 也会使表面粗糙度值增大。 3) 砂轮组织 砂轮的组织是指磨粒、 结合剂和气孔的比例关系。 紧密组织中的磨粒比例大, 气孔小, 在成形磨削和精密磨削时, 能获得高精度和较小的表面粗糙度值。 疏松组织的砂轮不易阻塞, 适于磨削软金属、 非金属材料和热敏性材料 (不锈钢、 耐热钢等), 可获得较小的表面粗糙度值。 4) 砂轮磨粒材料 砂轮磨粒材料选择适当, 可获得满意的表面粗糙度。 氧化物 (刚玉) 砂轮适用于磨削钢类零件; 碳化物 (碳化硅、 碳化硼) 砂轮适合于磨削铸铁、 硬质合金等材料。 5) 砂轮整修 砂轮整修对表面粗糙度也有重要影响。 修整砂轮时, 金刚石笔的纵向进给量越小, 砂轮表面磨粒的登高性越好, 被磨工件的表面粗糙度值就越小。 另外, 采用超硬磨料 (人造金刚石、 立方氮化硼和陶瓷) 砂轮进行磨削, 可以获得很小的表面粗糙度值, 这是目前精密和超精密磨削的主要方法。 砂轮的修整方法也不同于普通砂轮, 如金刚石超声波修整等。 经过修整后的砂轮, 其磨粒具有很高的微刃性、 等高性和自锐性, 能切除极薄的被加工工件材料,甚至是在工件晶粒内进行切削, 可以对各种高硬度、 高脆性材料 (如硬质合金、 陶瓷、 玻璃等) 和高温合金材料进行精密及超精密加工, 在航空、 航天、 汽车、 刀具等行业中应用广泛。 采用超硬磨料砂轮顺应了磨削加工向高精度、 高效率和高硬度方向发展的趋势。 任务三 表面粗糙度确定 超硬磨料磨削与普通磨削的最大区别在与超微量切除, 可能还伴有塑性流动和弹性破坏等作用, 其磨削机理目前还处于探索过程中, 本节主要介绍普通磨削对表面质量的影响极其控制。 (2) 磨削用量对表面粗糙度的影响 砂轮的速度越高, 单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多, 因而工件表面粗糙度值就越小。 另一方面, 砂轮速度越高, 就有可能使表面金属塑性变形的传播速度小于切削速度, 工件材料来不及变心个,致使表面金属的塑性变形减小, 表面粗糙度值也将减小。 工件速度对表面粗糙度的影响则与砂轮速度的影响相反, 增大工件速度时, 单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少, 表面粗糙度值将增大。 砂轮的纵向进给量减小, 工件表面的每个部位被砂轮重复磨削的次数增加, 被磨表面的粗糙度值将减小。 磨削深度增大, 表层塑性变形将随之增大, 被磨表面粗糙度值也会增大。 此外, 工件材料的性质、 切削液的选用等对磨削表面粗糙度也有明显的影响。 二、 影响表面层物理力学性能的因素及其控制 1. 表面层的冷作硬化 (1) 影响切削加工表面冷作硬化的因素 1) 切削用量的影响 切削用量中以进给量和切削速度的影响最大。 加大进给量时, 切削力增大, 表层金属的塑性变形加剧, 冷作硬化程度增大, 表层金属的显微硬度将随之增大。 但是这种情况只是在进给量比较大时出现,如果进给量很小, 如切削速度小于 0. 05 ~0. 06 m/ min 时, 继续减小进给量, 表层金属的冷作硬化程度不仅不会减小, 反而会增大。 任务三 表面粗糙度确定 切削速度对冷作硬化程度的影响是力因素和热因素综合作用的结果。 当切削速度增大时, 刀具与工件的作用时间减少, 使塑性变形的扩展深度减小, 因而有减小冷作硬化程度的趋势。 但切削速度增大时,切削热在工件表面层上的作用时间也缩短了, 又有使冷作硬化程度增加的趋势。 背吃刀量对表层金属冷作硬化的影响不大。 2) 刀具几何形状的影响 切削刃钝圆半径的大小对切屑形成过程有较大的影响。 实验证明, 已加工表面的显微硬度随切削刃钝圆半径的加大而明显增多。 这是因为切削刃钝圆半径增大, 径向切削力也将随之加大, 表层金属的塑性变形程度加剧, 导致冷作硬化加剧。 前角在 ±20°范围内变化时, 对表层金属的冷作硬化没有显著影响。 后角和主偏角、 副偏角等对表层金属的冷作硬化影响不大。 刀具磨损对表层金属的冷作硬化影响很大, 这是由于磨损宽度加大后, 刀具后刀面与被加工工件的摩擦加剧, 塑性变形增大, 导致表面冷作硬化增大。 3) 加工材料性能的影响 工件材料的塑性越大, 冷作硬化倾向越大, 冷作硬化程度也越严重。 碳钢中含碳量越大, 强度越高,其塑性越小, 因而冷作硬化程度越小。 有色合金材料的熔点低, 易回复, 冷作硬化现象比刚才轻得多。 (2) 影响磨削加工表面冷作硬化的因素 1) 工件材料性能的影响 磨削加工中, 工件材料主要从塑性和导热性两个方面影响表面冷作硬化。 磨削高碳工具钢 T8, 加工表面冷作硬化程度平均可达 160% ~165%, 个别可达 200%; 而磨削纯铁时, 加工表面冷作硬化程度可达175% ~180%, 有时可达 240% ~ 250%。 其原因是纯铁的塑性好, 磨削时的塑性变形大, 强化倾向大。 任务三 表面粗糙度确定 此外, 纯铁的导热性比高碳工具钢高, 热不容易集中于表面层, 弱化倾向小。 2) 磨削用量的影响 磨削深度增大, 磨削力随之增大, 磨削过程的塑性变形加剧, 表面冷作硬化强化倾向增加。 加大纵向进给速度, 每颗磨粒的切削厚度随之增大, 磨削力加大, 冷作硬化增大。 但提高纵向进给速度, 有时会使磨削区产生较大的热量而使冷作硬化减弱。 加工表面的冷作硬化状况取决于上述两种因素的综合作用的结果。 提高工件转速, 会缩短砂轮对工件热作用的时间, 使软化倾向减弱, 因而表面层的冷作硬化增大。 提高磨削速度, 每颗磨粒切除的切削厚度变小, 减弱了塑性变形程度, 而且磨削区的温度增高, 弱化倾向增大。 所以, 高速磨削时加工表面的冷作硬化程度总比普通磨削时低。 3) 砂轮的影响 砂轮粒度越大, 每颗磨粒的载荷越小, 冷作硬化程度也较小。 砂轮磨钝修整不良, 热回复作用加大,表面硬化现象减弱。 2. 表层的残余应力 (1) 影响表层残余应力的因素 1) 切削用量的影响 切削速度增加, 使表面沿速度方向的塑性变形减少, 工件表层产生的残余拉应力随速度的提高而下降。 但加工 20CrNiMo 钢时, 如果再提高切削速度, 表层温度逐渐增高至淬火温度, 表层金属产生局部淬火, 因而在表层金属中产生亚索残余应力。 加大进给量, 会使表层金属塑性变形增加, 切削区发生的热量也增加, 其结果会使残余应力的数值及扩展深度相应增大。 任务三 表面粗糙度确定 2) 刀具的角度的影响 前角对表层金属残余应力的影响很大。 前角的变化不仅影响残余应力的数值和符号, 而且在很大程度上影响残余应力的扩散深度。 切削 45 钢的实验表明, 当前叫由正值变为负值或继续增大负前角, 拉伸残余应力的数值减小。 刀具负前角很大 (如 γ 0 = -30°) 时, 表层金属发生淬火反应, 表层金属产生压缩残余应力。 此外, 刀具切削刃钝圆半径、 刀具磨损状态等都对表层金属残余应力的性质及分布有影响。 3) 工件材料的影响 塑性大的材料, 切削加工后表层一般产生残余拉应力; 脆性材料如铸铁, 切削时由于后刀面的挤压与摩擦, 表层产生残余压应力。 (2) 影响磨削表层残余应力的因素. 磨削加工中, 热因素和塑性变形对磨削表层残余应力的影响都很大。 在一般磨削过程中, 若热因素起主导作用, 工件表层将产生拉伸残余应力。 若塑性变形起主导作用, 工件表层将产生压缩残余应力。 当工件表面温度超过相变温度且又冷却充分时, 工件表层出现淬火烧伤, 此时金相组织变化因素起主导作用, 工件表层将产生压缩残余应力。 1) 磨削用量的影响 背吃刀量对表层残余应力的性质、 数值有很大影响。 例如磨削低碳钢时, 当背吃刀量很小 (如 a p =0. 005mm) 时, 塑性变形起主导作用, 因此磨削表层形成压缩残余应力。 继续加大背吃刀量, 塑性变形加剧, 磨削热随之增大热因素的作用逐渐占主导地位, 在表层产生拉伸残余应力; 且随着背吃刀量的增大,拉伸残余应力的数值将逐渐增大。 当 a p 0. 025mm 时, 尽管磨削温度很高, 但因工业铁的含碳量极低,不可能出现淬火现象, 此时塑性 任务三 表面粗糙度确定 变形因素逐渐起主导作用, 表层金属的拉伸残余应力逐渐减小。 当值很大时, 表层金属呈现压缩残余应力状况。 提高砂轮速度, 磨削区温度增高, 而每颗磨粒所切除的金属厚度减小, 此时热因素的作用增大, 塑性变形因素的影响减小, 因此提高砂轮速度将使表面金属产生拉伸残余应力的倾向增大。 加大工件的回转速度和进给速度, 将使砂轮与工件的热作用时间缩短, 热因素的影响逐渐减小, 塑性变形因素的影响逐渐加大。 这样, 表面金属中产生拉伸残余应力的趋势逐渐减小, 而产生压缩残余应力的趋势逐渐增大。 2) 工件材料的影响 一般来说, 工件材料的强度越高, 导热性越差、 塑性越低, 在磨削时表面金属产生拉伸残余应力的倾向就越大。 3. 表层金属金相组织的变化 机械加工过程中, 在工件的加工区及其邻近的区域, 温度会急剧升高, 当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时, 就会发生金相组织变化。 特别在磨削加工中, 由于磨削比压大, 磨削速度高,切除金属所产生的大部分 (约 80%) 将传给加工表面, 使工件表面达到很高的温度。 高温使表层金属的金相组织发生变化, 造成表层金属硬度下降, 工件表面呈现氧化膜颜色, 这种现象称为磨削烧伤。 磨削烧伤将会严重影响零件的使用性能。 发生磨削烧伤的根本原因是磨削温度过高, 因此避免和减轻磨削烧伤的基本途径是减少热量的产生和加速热量的散失, 具体措施如下。 (1) 正确选择砂轮 为避免产生烧伤, 应选择较软的砂轮。 选择具有一定弹性的结合剂 (如橡胶结合剂、 树脂结合剂),也有助于避免烧伤现象的产生。 任务三 表面粗糙度确定 (2) 合理选择磨削用量 背吃刀量 a p 对磨削温度影响最大, 从减轻烧伤的角度考虑, a p 不易过大。 磨削平面时, 加大横向进给量 f t 有助于减轻烧伤。 加大工件回转速度 v w , 磨削表面的温度升高, 但其增长速度与背吃刀量 a p 的影响相比小得多, 且 v w 越大, 热量越不容易传入工件内层, 具有减小烧伤层深度的作用。 但增大工件速度v w 会使表面粗糙度值增大, 为了弥补这一缺陷, 可相应提高砂轮速度 v s 。 实践证明, 同时提高砂轮速度 v s和工件速度 v w , 可以避免烧伤。 从减轻烧伤而同时又尽可能地保持较高的生产率考虑, 在选择磨削用量时, 应选用较大的工作速度v w 和较小的背吃刀量 a p 。 (3) 改善冷却条件 改善冷却条件的方法如图 3 -4 所示。 内冷却是一种较为有效的冷却方法。 其工作原理是: 经过严格过来的切削液通过中控主轴法兰套引入砂轮的中心腔内, 由于离心力的作用, 这些切削液就会通过砂轮内部的空隙向砂轮四周的边缘洒出, 这样切削液就有可能直接进入磨削区, 如图 3 -4 (a) 所示。 采用开槽砂轮也是改善冷却条件的一种有效方法, 如图 3 - 4 (b) 所示。 在砂轮的四周上开一些横槽, 能使砂轮将切削液带入磨削区, 从而提高冷却效果; 砂轮开槽同时形成剪短磨削, 工件受热时间短,金相组织来不及转变。 砂轮开槽还能起到风扇作用, 可改善散热条件, 因此, 开槽砂轮可有效地防止烧伤现象的发生。 任务三 表面粗糙度确定 机械制造工艺 学习情境三 机械加工质量分析 任务四 系统误差分析 任务四 系统误差分析 一、 相关理论知识 零件的机械加工是在由机床、 夹具、 刀具和工件所做成的工艺系统中进行的。 因此, 工艺系统中各方面的误差都有可能造成工件的加工误差, 凡是能直接引起加工误差的各种因素都成为原始误差。 原始误差的存在, 使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态, 致使加工后的零件产生了加工误差。 例如, 在图 3 -5 所示的活塞销孔精镗工序中存在以下一些原始误差: 由于定位基准不是设计基准而产生的定位误差, 以及由于夹紧力过大而产生的夹紧误差称为工件装夹的误差; 由于加工前必须对机床、 刀具和夹具进行调整, 而产生了调整误差; 工艺系统在加工过程中受切削力、 切削热和摩擦而产生的受力变形、 受热变形和磨损, 也会造成加工误差。 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 4. 装配工艺过程制定 (1) 装配工艺过程 产品的装配工艺包括四个过程。 1) 准备工作 各项准备工作的具体内容与装配任务有关。 图 2 -46 所示为装配准备工作内容简图。 准备工作应当在正式装配之前完成。 准备工作包括资料的阅读和装配工具与设备的准备等。 充分的准备可以避免装配时出错, 缩短装配时间, 有利于提高装配的质量和效率。 准备工作包括下列几个步骤: ①熟悉产品装配图、 工艺文件和技术要求, 了解产品的结构、 零件的作用及相互连接关系。 ②检查装配用的资料与零件是否齐全。 ③确定正确的装配方法和顺序。 ④准备装配所需要的工具与设备。 ⑤整理装配的工作场地, 对装配的零件、 工具进行清洁, 去掉零件上的毛刺、铁锈、 切屑、 油污, 归类并放置好装配用零部件, 调整好装配平台基准。 ⑥采取安全措施。 2) 装配工作 在装配准备工作完成之后, 才开始进行正式装配。 结构复杂的产品, 其装配工作一般为部件装配和总装配。 任务七 装配工艺基础知识 ①部件装配 指产品在进入总装配以前的装配工作。 凡是将两个以上的零件组合在一起或将零件与几个组件结合在一起, 成为一个装配单元的工作, 均称为部件装配。 ②总装配 指将零件和部件组装成一整产品的过程。 在装配工作中需要注意的是, 一定要先检查零件的尺寸是否符合图样的尺寸精 度要求, 只有合格的零件才能运用连接、 校准、 防松等技术进行装配。 3) 调整、 精度检验和试车 ①调整工作是指调节零件或机构的相互位置、 配合间隙、 结合程度等, 目的是使机构或机器工作协调, 如轴承间隙、 镶条位置、 涡轮轴向位置的调整。 ②精度检验包括几何精度和工作精度检验等, 以保证满足设计要求或产品说明书的要求。 ③试车是试验机构或机器运转的灵活性、 振动、 工作温升、 噪声、 转速、 功率等性能是否符合要求。 4) 涂装、 油漆、 装箱 机器装配好之后, 为了使其美观、 防锈和便于运输, 还要做好涂装、 油漆、 装箱工作。 (2) 装配工艺规程 装配工艺规程时规定产品或零部件装配工艺过程和操作方法等的工艺文件。 执行工艺规程能使生产有条理地进行, 能合理使用劳动力和工艺设备、 降低成本、 提高劳动生产率。 任务七 装配工艺基础知识 1) 装配单元 为了便于组织装配流水线, 使装配工作有秩序地进行, 装配时, 将产品分解成独立装配的组件或分组件。 编制装配工艺规程时, 为了便于分析研究, 要将产品划分为若干个装配单元。 装配单元是装配中可以进行独立装配的部件。 任何一个产品都能分解成若干个装配单元。 2) 装配基准件 最先进入装配的零件称为装配基准件。 它可以是一个零件, 也可以是最低一级的装配单元。 3) 装配单元系统图 表示产品装配单元的划分机器装配顺序的图称为装配单元系统图。 图 2 -47 所示为锥齿轮轴组件装配图, 它的顺序可按图 2 -48 所示顺序来进行, 而图 2 -49 则为装配单元系统图。 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 绘制装配单元系统图时, 先画一条横线, 在横线左端画出代表基准件的长方格, 在横线右端画出代 表产品的长方格。 然后按装配顺序从左向右将代表直接装到产品上的零件或组件的长方格从水平线引出,零件画在横线上面, 组件画在横线下面。 用同样的方法可把每一组件及分组件的系统图展开画出。 长方格内注明零件或组件名称、 编号和件数。 (3) 装配工艺规程的制定 1) 制定装配工艺应具备的原始条件 ①产品的全套装配图样。 ②零件明细表。 ③装配技术要求、 验收技术标准和产品说明书。 ④现有的生产条件及资料 (包括工艺设备、 车间面积、 操作工人的技术水平等)。 2) 制定装配工艺规程的基本原则 ①保证并力求提高产品质量, 而且要有一定的精度储备, 以延长机器使用寿命。 ②合理安排装配工艺, 尽量减少钳工装配工作量 (钻、 刮、 锉、 研等) 以提高装配效率, 缩短装配周期。 ③所占车间生产面积尽可能小, 以提高单元装配面积的生产率。 3) 制定装配工艺规程的步骤 ①研究产品的装配图及验收技术标准。 ②确定产品或部件的装配方法。 ③分解产品为装配单元, 规定合理的装配顺序。 ④确定装配工序内容, 装配规范及工夹具。 任务七 装配工艺基础知识 ⑤编制装配工艺系统图。 装配工艺系统图是在装配单元系统图上加注必要的工序说明 (如焊接、 配钻、 攻螺纹、 铰孔及检验等), 较全面地反映装配单元的划分、 装配顺序及方法。 ⑥确定工序的时间定额。 ⑦编制装配工序过程卡片。 (4) 锥齿轮轴组件的装配工艺规程举例 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 本书设计了一个工装配训练用的装配工艺规程标准格式, 该格式中装配工艺描述清楚、 易于操作,适于装配操作训练中使用。 该标准格式描述了装配训练的目的, 以及训练所使用工、 量具, 并给所选训练方法留有备注的地方。 操作步骤一栏用于表达装配操作的工序步骤, 标准操作一栏用于描述每一个装配工序所包含的工步, 解释一栏用于对每一个标准操作做详尽的说明。 现将装配工艺规程训练项目锥齿轮轴组件的装配工艺规程以表格形式列于表 2 -34, 仅供参考。 1. 工艺基准包括 ()。 考试系统 A. 设计基准与定位基准 B. 粗基准和精基准 C. 定位基准、 装配基准、 测量基准、 工序基准 2. 选择不加工表面为粗基准, 其特点是 ()。 A. 加工余量均匀 B. 无定位误差 C. 不加工表面与加工表面壁厚均匀 D. 金属切削量减小 3. 基准同一原则的特点是 ()。 A. 加工表面的相互位置精度高 B. 夹具种类增加 C. 工艺过程复杂 D. 加工余量均匀 4. 精基准选择采用基准重合原则, 其特点是 ()。 A. 夹具设计简单 B. 保证基准统一 C. 切削余量均匀 D. 没有基准不重合误差 5. 磨削主轴内孔时, 以支承轴颈为定位基准, 其目的是使其与 () 重合。 A. 设计基准 B. 装配基准 任务七 装配工艺基础知识 C. 测量基准 6. 正火处理可安排在 ()。 A. 粗加工之后 B. 精加工之前 C. 机械加工之前 7. 轴类零件的半精加工应安排在 () 之后。 A. 淬火 B. 正火 C. 调质 8. 某加工阶段的主要任务是改善表面粗糙度, 则该阶段是 () 阶段。 A. 粗加工 B. 精加工 C. 光整加工 D. 半精加工 9. 什么是装配、 部件装配和总装配? 装配的目的是什么? 10. 装配的组织形式有哪几种? 各有何特点? 11. 零件精度和装配精度的关系是什么? 12. 保证装配进度的方法有哪几种? 各适应于什么场合? 13. 什么是装配尺寸链? 14. 装配尺寸链如何查找? 查找时应注意些什么? 15. 利用极值法和概率法解装配尺寸链的区别是什么? 任务七 装配工艺基础知识 机械制造工艺 学习情境三 机械加工质量分析 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 一、 车削用量的确定 1. 车削要素 a p : 背吃刀量, 单位为 mm。 f: 进给量, 单位为 mm/ r。 v: 切削速度, 单位为 m/ s。 2. 车削用量选择举例 已知条件: 工件材料 45 钢, 锻件, 正火, σ b = 0. 637GPa。 工件外圆尺寸由 70mm 车至 62mm, 粗糙度 Ra3. 2μm。 使用机床 CA6140。 采用刀具为可转位外圆车刀, 刀杆尺寸 16mm ×25mm, 几何参数粗精加工兼顾: 前角 γ 0 =15°, 后角 α 0 =6°, 主偏角 κ r =75°, 副偏角 κ′ r =15°, 刃倾角 λ s =0°, 倒棱宽 b r =0. 3mm,刀尖圆弧半径 γ ε =1mm。 (1) 确定粗车时的切削用量 1) 确定背吃刀量 a p 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 此速度大于预估速度, 故可用。 由于半精车切削力较小, 故一般不需验算。 最后选定半精车切削用量为 a p =1mm, f =0. 36mm/ s, v =1. 87m/ s, n =9. 33r/ s (3) 车削用量标准 车削用量选择可参考下列标准: 粗车外圆和端面时进给量见表 3 -1; 半精车外圆和端面时进给量见表 3 -2; 车孔时进给量见表 3 -3; 切断和车槽时进给量见表 3 -4; 车削外圆时切削速度见表 3 -5。 (4) 车削时切削力及切削功率的计算 车削时切削力及切削功率的计算可参加表 3 -6 中的公式及数据。 加工条件不变时, 切削力的修正系数见表 3 -7。 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务一 切削用量的确定 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 在加工过程中间接获得、 最后保证的尺寸, 称为封闭环。 图 2 -26 所示的尺寸链中, A 0 时间接得到的尺寸, 它就是尺寸链的封闭环。 2) 组成环 在加工过程中直接获得的尺寸, 称为组合环。 尺寸链中。 A 1 和 A 2 都是通过加工直接得到的尺寸, A 1和 A 2 都是尺寸链的组成环。 ①增环 在尺寸链中, 自身增大或减小, 会使封闭环随之增大或减小的组成环, 称为增环。 增环在字母上面用箭头→表示。 ②减环 在尺寸链中, 自身增大或减小, 会使封闭环反而随之减小或增大的组成环, 称为减环。 减环在字母上面用箭头←表示。 确定增减环的方法: 用箭头方法确定, 即凡是箭头方向与封闭环箭头方向相反的组成环为增环, 相同的组成环为减环。 在图 2 -26 (b) 所示尺寸链中, A 1 是增环, A 2 是减环。 ③传递系数 ξ i 传递系数表示组成环对封闭环影响大小的系数, 即组成环在封闭环上引起的变动量与组成环本身变动量之比。 对直线尺寸链而言, 增环的 ξ i =1, 减环的 ξ i = -1。 (3) 尺寸链分类 1) 按尺寸链的空间分布的位置关系分类尺寸链按空间分布分类如图 2 -26。 ①线性尺寸链 尺寸链中各环位于同一平面内且彼此平行。 ②平面尺寸链 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 尺寸链中各环位于同一平面或彼此平行的平面内, 各环之间可以不平行。 ③空间尺寸链 尺寸链中各环不在同一或彼此平行的平面内。 2) 按尺寸链应用范围分类①工艺尺寸链. 在加工过程中, 工件上各相关的工艺尺寸组成的尺寸链。 ②装配尺寸链. 在机器设计和装配过程中, 各相关的零部件相互联系的尺寸所组成的尺寸链, 如图 2 -27 所示。 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 3) 按尺寸链各环的几何特征分类 ①长度尺寸链. 尺寸链中各环均为长度量。 ②角度尺寸链 尺寸链中各环均为角度量。 4) 按尺寸链之间的相互关系分类①独立尺寸链. 尺寸链中所有的组成环和闭环只从属于一个尺寸链。 ②并联尺寸链 两个或两个以上的尺寸链, 通过公共环将它们联系起来并联形成的尺寸链。 (4) 尺寸链的计算 尺寸链的计算有正计算、 反计算和中间计算等三种类型。 已知组成环求封闭环称为正计算; 已知封闭环求各组成环成为反计算; 已知封闭环及部分组成环, 求其余的一个或几个组成环, 成为中间计算。 尺寸链计算有极值法和统计法 (或概率法) 两种。 用极值法求解尺寸链是从尺寸链各环均处于极值条件来求解封闭环尺寸与组成环尺寸之间的关系。 用统计法解尺寸链则是运用概率论理论来解封闭环尺寸与组成环尺寸之间的关系。 (5) 极值法尺寸链的计算公式 机械制造中的尺寸公差通常用公称尺寸 (A)、 上极限偏差 (ES)、 下极限偏差 (EI) 表示, 还可以用上极限尺寸 (A max ) 与下极限尺寸 (A) 或公称尺寸 (A)、 中间偏差 (Δ)、 与公差 (T) 表示, 它们之间的关系如图 2 -28 所示。 1) 封闭环公称尺寸 封闭环工程尺寸 A 0 等于所有增环尺寸 (A p ) 之和减去所有减环公称尺寸 (A q ) 之和, 即 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 结论: 封闭环的下极限偏差等于所有增环的下极限偏差减去所有减环的上极限偏差之和。 (6) 竖式计算法口诀 封闭环和增环的公称尺寸和上下极限偏差照抄; 减环公称尺寸变号; 减环上下极限偏差对调且变号。 竖式计算法可用来检验极值法解尺寸链正确与否。 (7) 统计法 (概率法) 解直线尺寸链基本计算公式 应用极限法解尺寸链, 具有简便、 可靠等优点。 当封闭环公差较小, 环数较多时, 则各组成环就相应的减小, 造成加工困难, 成本增加。 生产实践表明, 封闭环的实际误差比用极限法计算出来的公差小得多。 为了扩大组成环公差, 以便加工容易, 可采用统计法 (概率法) 解尺寸链以确定组成环公差, 而不用极限法。 机械制造中的尺寸分布多数为正态分布, 但也有非正态分布。 非正态分布又有对称分布与不对称分布。 统计法计算尺寸链的基本计算公式可应用极限法解直线尺寸链的有些基本公式外, 尚有以下两个基本计算公式。 1) 封闭环中间偏差 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 (3) 不同工艺基准的尺寸链计算 例 2 -3如图 2 - 31 所示的轴套零件, 其外圆、 内孔及端面均已加工。 试求: ①当以 A 面定位钻?10mm 孔时的工序尺寸 A 1 及其极限偏差 (要求画出尺寸链图); ②当以 B 面定位钻 ?10mm 孔时的工序尺寸 A 及其极限偏差。 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 1) 按工序要求画工艺尺寸链图如图 2 -32 (b) 所示, 其中尺寸 A 1 是待求的渗入深度。 2) 确定封闭环和组成环。 由工艺要求可知, 要保证的淬火层深度尺寸为封闭环, 即尺寸链中的 A 0 ,其他尺寸均为组成环。 用箭头法可确定出 A 1 、 A 2 为增环, A 3 为减环。 3) 根据工艺尺寸链的基本计算公式进行计算。 因为 A 0 = A 1 + A 2 - A 3 任务六 尺寸链计算和工序尺寸确定 (5) 多次加工的工艺尺寸链计算 在制定工艺过程或分析现行工艺时, 经常会遇到既有基准不重合的工艺尺寸换算, 又有工艺基准的多次转换, 还有工序余量变化的影响, 整个工艺过程中有着较复杂的基准关系和尺寸关系。 为了经济合理地完成零件的加工工艺过程, 必须制定一套正确而合理的工艺尺寸。 以图 2 -33 所示的套类零件有关轴向表面的工艺过程为例。 机械制造工艺 学习情境二 机械加工工艺基础 任务七 装配工艺基础知识 任务七 装配工艺基础知识 机械产品一般由许多零件和部件组成。 零件是机器制造的最小单元, 如一根轴、 一个螺钉等; 部件由两个或两个以上零件结合而成。 按技术要求, 将若干各零件结合成部件或若干个零件和部件结合成机器的过程称为装配。 前者称为部件装配, 后者称为总装配。 装配通常是产品生产过程中的最后一个阶段, 其目的是根据产品设计要求和标准, 使产品达到其使用说明书的规格和性能要求。 1. 装配工作组织形式 装配工作组织形式随生产类型和产品复杂程度而不同, 可分为以下四类。 (1) 单件生产的装配 单个地制造不同结构的产品, 并很少重复, 甚至完全不重复, 这种生产方式称为单件生产。 单件生产的装配工作多在固定地点, 由一个工人或一组工人, 从开始到结束进行全部的装配工作。 如夹具、 模.具的装配就属于此类。 特别对于大件的装配, 由于装配的设备是很大的, 装配时需要机组操作人员共同进行操作, 如生产线的装配。 这种组织形式的装配周期长, 占地面积达, 需要大量的工具和设备, 并要求工人具有全面的技能。 (2) 成批生产的装配 在一定的时期内, 成批地制造相同的产品, 这种生产方式称为成批生产。 成批生产时装配工作通常分为部件装配和总装配, 每个部件的装配由一个或一组工人完成, 然后进行总装配, 如机床的装配属于此类。 这种将产品或部件的全部装配工作安排在固定地点进行的装配, 陈伟固定式装配。 (3) 大量生产的装配 产品制造数量很庞大, 每个工作地点经常重复的完成某一工序, 并具有严格的节奏, 这种生产方式称为大量生产。 大量生产中, 把产品装配过程划分为部件、 组件装配, 使某一工序由一个或一组工人完成。 同时只有当从事装配工作的全体工人, 都按顺序完成了所承 任务七 装配工艺基础知识 担的装配工序以后, 才能装配出产品。 工作对象 (部件或组件) 在装配过程中, 有顺序地由一个或一组工人转移给另一个或一组工人。 这种转移可以是装配对象的转移, 也可以是工人的转。